35mT型桥梁设计论文.doc
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1、湖南工业大学科技学院大学2011届本科生毕业设计(论文) 摘 要桥梁是供铁路、道路、渠道、管线、行人等跨越河流、山谷、海湾、其他线路或障碍时的架空建筑物。T型梁桥是目前我国用的最多的装配式简支梁截面形式。预应力混凝土就是在混凝土构件承受使用荷载前的制作阶段,预先对使用阶段的受拉区施加压应力,造成一种人为的应力状态。本次毕业设计为模拟设计某桥梁为装配式预应力混凝土简支T型梁,设计的内容为装配式预应力混凝土T梁桥上部结构设计计算。设计依据交通部颁公路工程技术标准(JTJ001-97),交通部颁公路桥涵设计通用规范(JTJ001-97)进行桥梁的纵、横断面设计和平面布置;尺寸拟订、主梁截面几何特性计
2、算;主梁内力计算及内力组合(包括何在横向分布系数计算;恒载、活载内力计算;内力组合等);预应力钢束的估算及其布置;主梁净截面、换算截面几何特性计算;钢束预应力损失计算;主梁截面验算;主梁变形验算;绘制主梁结构构造图、配筋图等;支座等的设计和计算;行车道板和横隔梁的设计和计算;桥梁桥台的设计与计算。关键字: T梁 预应力 设计 混凝土80AbstractThe bridge is for railways, roads, drainage, pipeline, pedestrians across rivers, valleys, the Gulf and other lines or barr
3、iers at the overhead structures. T-beam bridge is the largest in China with fabricated simply supported beam forms. Prestressed Concrete is concrete components under load before use, the Production Stage advance the use of the stage tension zone imposed by the compressive stress, creating a man-made
4、 stress. The design of the graduate design simulation Tieling - Siping high-speed road to a bridge fabricated prestressed concrete simple T-beams, Design for the contents fabricated prestressed concrete T-beam bridge structure design. Design based on traffic ministerial highway engineering standards
5、 (JTJ001-97). Ministerial traffic, Highway Bridge Design general specification (JTJ001-97) Bridge and the longitudinal cross-sectional design and layout; Size formulation, the main beam geometry properties calculation; Main BEAM combination of calculation and internal forces (including horizontal di
6、stribution coefficients are calculated; Hang set, Live Load calculation; Internal Force composition, etc.); Prestressed steel beam estimates and layout; Leung net section, the conversion geometry properties calculation; Prestressed steel beam loss calculation; Checking the main beam; Checking main b
7、eam deformation; Drawing Leung Structural maps, charts and other reinforcement; Support the design and calculation;Driving DaoBan and the horizontal partition beam design and calculation; Bridge abutment design and calculation.Keywords : T-beam Prestressed Design Concrete 目 录第1章设计资料及构造布置51.1设计资料51.1
8、.1桥梁跨径及桥宽51.1.2设计荷载51.1.3材料及工艺51.1.4设计依据51.1.5基本计算数据(见表1-1)51.2方案初选61.3横截面布置81.3.1主梁间距与主梁片数81.3.2主梁跨中截面主要尺寸拟订91.3.3计算截面几何特征101.4横截面沿跨长的变化121.5横隔梁的设置12第2章 主梁作用效应计算132.1永久作用效应计算132.1.1永久作用集度132.2 活载内力计算(修正刚性横梁法)152.3主梁内力组合23第3章 预应力钢束的估算及其布置243.1预应力钢筋截面积估算243.2预应力钢筋的布置24第4章 主梁截面几何特性计算29第5章 钢束预应力损失计算315
9、.1预应力钢筋张拉控制应力 315.2钢束应力损失315.2.1预应力钢筋与管道间摩擦引起的预应力损失 315.2.2锚具变形、钢丝回缩引起的应力损失315.2.3预应力钢筋分批张拉时混凝土弹性压缩引起的应力损失325.2.4钢筋松弛引起的预应力损失33第6章 预加应力阶段的正截面应力验算(短暂状态的正应力验算)36第7章 使用阶段的正应力验算367.1截面混凝土正应力验算377.2持久状况下预应力钢筋的应力验算37第8章 使用阶段的主应力验算388.1截面面积矩计算388.2主应力计算388.3主压应力的限值398.4主应力验算39第9章 持久状况截面承载能力极限状态计算(截面强度计算)40
10、9.1正截面承载能力计算409.1.1求受压区高度 X409.2斜截面承载能力计算40第10章 锚固区局部承压验算4310.1局部承压区尺寸要求4310.2局部抗压承载力计算44第11章 主梁变形(挠度)计算4611.1短期荷载作用下主梁挠度验算4611.2预加力引起的上拱度计算4611.3预拱度的设置47第12章 横隔梁计算4812.1确定作用在跨中横隔梁上的可变作用4812.2跨中横隔梁的作用效应影响线4812.2.1绘制弯矩影响线4912.2.2绘制剪力影响线4912.3截面作用效应计算5012.4内力组合(鉴于横隔梁的结构自重内力甚小,计算中略去不计):5112.4.1 承载能力极限状
11、态内力组合5112.4.2 正常使用极限状态内力组合5112.5 截面配筋计算51第13章 行车道板计算5413.1悬臂板荷载效应计算5413.2连续板荷载效应计算5513.3截面设计、配筋与承载力验算59第14章 支座的计算6214.1确定支座的几何尺寸6214.2验算支座的偏转情况6314.3验算支座的抗滑性能63第15章 桥台设计6515.1设计资料6515.2台身顶、底的台后土压力6515.2.1台身顶的土压力6515.3基础底的台后土压力6715.4台身底的台前土压力6815.5基础底台前土压力6815.5.1台身部分土压力对基础底弯矩6815.6台后、台前土压力汇总6915.7恒载
12、6915.7.1上部结构恒载6915.7.2下部结构恒载6915.7.3桥台基础承载土重力7015.8活载7015.9摩阻力7115.10台身顶、底及基础底截面的作用力汇总7115.11台身顶、底及基础底的截面验算7215.11.1台身顶截面验算7215.11.2台身底截面验算7215.11.3基础底截面验算73总 结75谢 辞76参考文献77第1章设计资料及构造布置1.1设计资料1.1.1桥梁跨径及桥宽标准跨径:Lb=35m计算跨径: L =34.5m桥面净空:净-9m+20.75m=10.5m1.1.2设计荷载公路II级,人群荷载2.25kN/m21.1.3材料及工艺混凝土:主梁及桥面铺装
13、均采用C50。预应力钢筋采用s5mm钢绞线,每束50根,fpk=1860Mpa.普通钢筋采用HRB335。钢板及角钢:制作锚头下支撑垫板、支座垫板等均用普通As碳素钢,主梁间的连接用16Mn低合金结构钢钢板。按后张法施工工艺制作主梁。1.1.4设计依据交通部颁公路工程技术标准(JTJ001-97)交通部颁公路桥涵设计通用规范(JTJ001-97)1.1.5基本计算数据(见表1-1)表1.1 基本计算数据名称项目符号单位数据混凝土立方强度弹性模量轴入抗压标准强度轴入抗拉标准强度轴入抗压设计强度轴入抗拉设计强度fcu.kEcfckftkfcdftdMpaMpaMpaMpaMpaMpa603.610
14、438.52.8526.51.96短暂状态容许压应力容许拉应力cc0.7fck0.7fckMpaMpa26.951.995持久状态标准荷载组合:容许压应力容许主压应力短期效应组合:容许拉应力容许主拉应力0.5fck0.6fckst - 0.85pc0.6ftkMpaMpaMpaMpa19.2523.101.71钢绞线标准强度弹性模量抗拉设计强度最大控制应力fpkEpfpd0.75fpkMpaMpaMpaMPa18601.9510512601395持久状态应力标准荷载组合X0.65fpkMPa1209材料重度钢筋混凝土钢绞线12MpaMPa2578.5钢束与混凝土的弹性模量比Ep无量纲5.421
15、.2方案初选初选桥型方案:拱桥方案,门式刚构桥方案,预应力混凝土简支T型梁桥方案三种桥型主要优缺点比较:拱桥:造型美观,与周围环境协调好,但下部结构和地基(特别是桥台)必须能经受住很大的水平推力作用,因此对工程地质要求高,由于工程所处地区的天然地基主要是软土地基,所以不宜修建拱桥;且因拱圈(或拱肋)在合龙前自身不能维持平衡,拱桥在施工过程中的难度和危险性要远大于梁式桥。图1.1 拱桥门式刚构桥:门式刚构桥在竖向荷载作用下,柱脚处具有水平反力,梁部主要受弯,但弯矩值较同跨径的简支梁小,梁内还有轴压力,因而其受力状态介于梁桥与拱桥之间,刚架桥跨中的建筑高度就可做的较小,对于有通航要求的区域,可以优
16、先考虑此种桥型。但普通钢筋混凝土修建的刚架桥在梁柱刚接处较易产生裂缝,需在该处多配钢筋,这就会增加成本,使工程的经济性差。另外,门式刚架桥在温度变化时,内部易产生较大的附件应力。图1.2 刚构桥预应力混凝土简支T型梁桥:目前中小跨径桥梁应用最广泛的是混凝土梁式桥。这两种桥梁具有能就地取材、工业化施工、耐久性好、适应性强、整体性好以及美观等许多优点。预应力混凝土桥梁更兼有降低梁高和跨越能力大的长处,特别是预应力技术的应用,为现代装配式结构提供了最有效的接头和拼装手段,使建桥技术和运营质量均产生了较大的飞跃。图1.3 预应力T梁桥从受力特点上看,混凝土梁式桥分为简支梁(板)桥、连续梁(板)桥和悬臂
17、梁(板)桥。简支梁桥属静定结构,是建桥实践中受力和构造最简单的桥型,应用广泛。通常在跨径25m50m时,采用预应力装配式简支T梁,其优点是构造简单,整体性好、接头也方便。通过以上比选,选择预应力混凝土简支T型梁桥方案。1.3横截面布置1.3.1主梁间距与主梁片数主梁间距应随梁高与跨径的增大而加宽,同时加宽翼板对提高主梁截面效率指标很有效。根据1.8-2.5m设计主梁翼板宽度为1850mm,为保证桥梁的整体受力性能,桥面板采用现浇混凝土刚性接头,因此主梁工作截面有两种:预应力、运输、吊装阶段的小截面(bi=1600mm)和运营阶段的大截面(bj=1850mm)。桥宽采用五片结构,如图1-1所示。
18、图1.4 主梁结构尺寸图1.3.2主梁跨中截面主要尺寸拟订1.主梁高度预应力混凝土简支梁桥:高跨比通常都在1/15-1/25,大约取1/18-1/19。由于增大梁高可以节省预应力钢束用量而且梁高加大一般只是腹板加高,而混凝土用量增加不多,所以建筑高度不受限制时,增大梁高比较经济。本设计主梁高取2250mm。2.主梁截面细部尺寸T形翼板的厚度主要取决于桥面板承受车轮局部荷载的要求,还应考虑是否满足主梁受弯时上翼板受压的强度要求。设计预制T梁的翼板厚度取用100mm,翼板根部加厚到200mm以抵抗根部较大弯矩。在预应力混凝土梁中腹板内主拉应力很小,腹板厚度一般由布置预制孔管的构造决定,同时从腹板本
19、身的稳定条件出发,腹板厚度不宜小于其高度的1/15,并且一般为B=0.180.20m。设计腹板厚度取180mm。马蹄尺寸基本由布置预应力钢束的需要确定,一般占截面总面积的10%-20%,马蹄尺寸设计为:宽450mm,高300mm,三角过渡高200mm。按照以上拟订的外形尺寸,绘出预制梁的跨中截面图(见图1-2)。图1.5 跨中截面尺寸图1.3.3计算截面几何特征受压翼缘有效宽度的计算按公路桥规规定,T型截面梁受压翼缘有效宽度,取下列三者中的最小值:简支梁计算跨径的,即=34500/3=11500mm;相邻两梁的平均间距,对于中梁为 2000mm;,式中b为梁腹板宽度,为承托长,这里=0,为受压
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